I GRANDI SEGRETI DEL

CERVELLO

I progressi scientifi ci

che stanno trasformando

il nostro mondo

Tra 14 giorni in edicola

*La collezione è composta da 60 uscite. Prezzo della prima uscita € 1,99. Prezzo delle uscite successive € 9,99(salvo variazione dell’aliquota � scale). L’editore si riserva il diritto di variare la sequenza delle uscite dell’opera e /o i prodotti allegati.

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2a USCITA

€ 9,99*

Nelle ultime decadi, lo studio del nostro organo più complesso,il fondamento della nostra umanità, ha sperimentatouna vera rivoluzione.

Lo sviluppo di nuove tecniche di neuroimaging (scansione cerebrale),gli ultimi progressi compiuti in anatomia microscopica o le scopertesui meccanismi molecolari che regolano il funzionamento dei neuronihanno aperto il cammino verso la comprensione del cervello,ma anche a nuove e affascinanti sfide.

• Come interagiscono i neuroni per generare la memoria, il linguaggio e il resto delle funzioni che ci contraddistinguono come esseri umani?

• Dove risiede la coscienza?

• Qual è la base neurologica delle emozioni?

• Che cos’è la plasticità cerebrale e quali sono i suoi limiti?

• Qual è il futuro della battaglia contro l’invecchiamento e le malattie del nostro cervello?

Non esiste una materia scientifica più vitale per l’uomo dello studio del proprio cervello. Il nostro punto di vista sull’universo intero dipende da esso.

Francis Crick

ll cervello umano ha 100 miliardi di neuroni e ogni neurone è collegato ad altri 10 mila neuroni. Sulle nostre spalle poggia l’oggetto più complesso, secondo le conoscenze attuali, dell’intero universo.

Michio Kaku

Se il XX secoloè stato il secolo della fisica,

il XXI sarà quello del cervello.

I misteri del cerv ello allo scoperto

La più grande avventura scientifica del nostro tempo

, fondata nel 1888, è una delle istituzioni scientifi che e educative più importanti del mondo.

Scopri com’è fattoe come funziona il cervello.Tutto ciò che la scienza ha scoperto,ma anche tutto ciòche ancora non conosciamo.

• La scienza più all’avanguardia e multidisciplinare lo studio del nostro cervello è la sfida più grande e attuale in cui confluiscono le neuroscienze, la biologia, l’informatica... • Un’opera rivolta a tutti un testo appassionante e un vasto apparato iconografico di immagini e illustrazioni assicurano una lettura fluida senza compromettere il rigore e l’accuratezza dei contenuti.• Con la garanzia di esperti di fama mondiale un comitato di esperti di più branche del sapere scientifico garantisce la rilevanza dei temi selezionati.

Un viaggio straordinarionel luogo più sorprendentedell’universo: il nostro cervello.

Un comitato scientifico di prestigio mondialeDirettori scientificiJavier DeFelipeEsperto in neuroscienza cellulare e molecolare, riconosciuto per i suoi eccezionali risultati conseguiti nell’ambito delle scienze anatomiche. È professore e ricercatore presso l’Isti-tuto Cajal (CSIC), direttore del progetto Cajal Blue Brain e uno degli scienziati più illustri alla guida dello Human Brain Project.

Consiglieri scientificiMarina BentivoglioMedico chirurgo, specializzata in neurologia e riconosciuta per i suoi studi sull’anatomia del sistema nervoso, sui circuiti neurali, sulle malattie neurovegetative e sull’invecchia-mento cerebrale. È docente di istologia presso l’Università di Verona.

Gustavo DecoÈ ricercatore capo in neuroscienze computazionali. Opera presso il Centro para Cerebro y Cognición (Centro Neurocognitivo) dell’Università Pompeu Fabra di Barcellona e pres-so l’Institución Catalana de Investigación y Estudios Avanzados (ICREA).

Kathinka Evers Filosofa ed esperta in neuroetica, concentra le sue ricerche sui fondamenti neurologici della coscienza umana. È condirettrice dello Human Brain Project, è stata ricercatrice presso il Centro di Etica e Bioetica dell’Università di Uppsala (Svezia).

Sten GrillnerNeurofisiologo, considerato uno dei massimi esperti al mondo nello studio del cervelloe del suo ruolo nel comportamento motorio. È professore e direttore del Nobel Institute for Neurophysiology, all’interno del prestigioso Karolinska Institute di Stoccolma.

Pasko RakicNeuroscienziato specializzato nello sviluppo e nell’evoluzione del cervello e del sistema nervoso. È docente di neuroscienze e neurologia presso la facoltà di medicina dell’Uni-versità di Yale.

Giacomo RizzolattiMedico e neurologo, scopritore e massimo referente mondiale per gli studi relativi al com-portamento dei neuroni specchio, studia il sistema motorio e il suo ruolo nelle funzioni cognitive. Guida il gruppo di ricerca del Dipartimento di Neuroscienze dell’Università di Parma.

Ranulfo RomoMedico chirurgo e neurofisiologo, le sue ricerche approfondiscono il ruolo della neurofi-siologia nella percezione e codificazione dei modelli temporali nella corteccia cerebrale. È ricercatore presso l’Istituto di Fisiologia Cellulare dell’Università Nazionale Autonoma del Messico.

Gordon ShepherdNeuroscienziato specializzato nello studio dei microcircuiti cerebrali, è esperto in neu-roscienze computazionali. È docente di Neurobiologia presso la facoltà di medicina dell’Università di Yale.

L’oggetto più complesso dell’universo

1889Santiago Ramóne CajalTeoria neuronale.

1932 Charles SherringtonDescrizione della sinapsi.

1861Paul Broca Localizzazione dell’area cerebrale del linguaggio.

1921Otto LoewiScoperta dei neurotrasmettitori.

1952Alan Hodgkine Andrew HuxleyMeccanismodella trasmissione neuronale.

1992Giacomo Rizzolatti Descrizionedei neuroni specchio.

2005 Olaf SpornsIl connettoma.

1981David H. Hubele Torsten N. WieselCome funzionala visione.

2000E. Kandel, A. Carlssone P. GreengardStudio scientifico della memoria.

2013Presentazione dello Human Brain Projecte dell’Iniziativa BRAIN.

1900 1950 20001850

Il cervello è una rete incredibilmente com-plessa di neuroni connessi che comunica attraverso impulsi elettrici di origine chimica. Se potessimo guardare ancor più in profon-dità vedremmo che le molecole e la genetica giocano un ruolo fondamentale.

Il cervello umano ha un range enorme di ca-pacità, tutte frutto dell’interazione neurona-le. Spiegare il suo funzionamento è una delle maggiori sfide della neuroscienza.

NEURONI, MOLECOLEE GENETICA

APPRENDIMENTOE COGNIZIONE

• Il cervello• La neurogenomica• Il connettoma• La chimica del cervello• L’elettricità del cervello

• La memoria• Le emozioni• La coscienza• Il linguaggio• Le neuroscienze e l’apprendimento

Personaggi e scoperte del XX secolo

Le connessioni neuronali cambiano nel corso del tempo e secondo le circostan-ze. Il cervello di un bambino è notevol-mente diverso da quello di un anziano.

Una maggiore comprensione del cervello ci permetterà di combattere le sue patolo-gie e persino di potenziare le sue capacità.

SVILUPPOE INVECCHIAMENTO

LA SALUTEDEL CERVELLO

• L’età del cervello• Il cervello infantile• L’evoluzione del cervello• La plasticità cerebrale

• Le patologie neurologiche• Il futuro dell’Alzheimer• La rigenerazione neuronale• Le interfacce cervello-macchina

I grandi segreti del cervello svela ai lettori le ultime conquistee le sfide scientifiche con un linguaggio piacevole, chiaro e rigoroso.Un modo nuovo di spiegare la scienza che si serve di ogni tipodi supporti grafici e esplicativi per rendere comprensibili e spettacolari i contenuti più complessi.

52 L’evoluzione della coscienza

go la linea mediana. Senza questo asse di simmetria corporea, il pianeta sarebbe ancora abitato solo da anemoni di mare, spugne e simili. Infatti, il passaggio dalla simmetria radiale (o raggiata), pro-

pria di questi organismi, alla simmetria bilaterale ha creato negli animali un lato sinistro e un lato destro, speculari, e il relativo sistema nervoso. Una delle acquisizioni più importanti nell’evolu-zione del sistema nervoso centrale dei vertebrati è stata la comparsa, nella regione più esterna del telencefalo, di

lamine superficiali di neuroni che poco a poco avrebbero formato la corteccia (o cortex). Nei mammiferi ha preso forma una corteccia particolarmente complessa – composta da cinque o sei strati – che, essendo comparsa solo recentemente nel corso dell’evoluzione, è stata denominata neocorteccia (o neocortex).

La comparsa di cervelli complessi comporta, inoltre, l’impian-to dei neuroni nel posto giusto e la creazione di interconnessioni appropriate attraverso le quali ogni informazione possa essere tra-smessa dall’uno all’altro neurone a una velocità sufficiente. Tali connessioni hanno finito per assumere la seguente forma: il corpo cellulare del neurone e le sue proiezioni ramificate, i dendriti, rice-vono informazioni da altre cellule. Una volta elaborate, le trasmet-tono lungo l’assone fino alla sinapsi, e dal lì al neurone successivo.

Sulla base dei dati forniti dai reperti fossili, il processo di forma-zione dei primi cervelli complessi avrebbe avuto luogo tra 560 e 520 milioni di anni fa, durante la cosiddetta esplosione del Cambriano, in cui si verificò la comparsa improvvisa di una fauna pluricellulare molto diversificata. Solo nel ramo evolutivo umano, tuttavia, tro-viamo una drastica ristrutturazione del cervello e, pertanto, della coscienza. Bisognerà dunque attendere la raffinata complessità del cervello umano per spiegare lo sviluppo delle funzioni mentali che ci definiscono come esseri coscienti e sociali.

Per il biologo, la massima aspirazione consiste nel risolvere l’enigma del proprio io.

SANTIAGO RAMÓN Y CAJAL

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L’IMPORTANZA DELL’OLFATTO

L’esame di due crani fossili degli inizi del Giurassico, trovati in Cina e appartenenti a specie che hanno preceduto i primi mammiferi – Morganucodon oehleri e Hadrocodium wui – ha permesso di constatare che la dimensione relativa del cervello cresceva dal genere estinto Therioherpeton fino ai valori propri dei mammiferi, con bulbi olfattivi più grandi, neocorteccia, corteccia olfattiva e cervelletto. Nel caso di Morganucodon, la maggiore dimensione era dovuta soprattutto allo sviluppo di aree del cervello coinvolte nell’elaborazione di stimoli olfattivi e tattili, oltre alla coordinazione del movimento. Anche Hadrocodium era dotato di un cervello sviluppato, soprattutto nelle aree legate al senso dell’olfatto. Un olfatto migliore potrebbe aver posto la base neuronale per una maggiore capacità di confrontarsi con diversi tipi di informazioni ambientali.

La tavola mostra l’evoluzione del quoziente di encefalizzazione a partire da generi estinti come Therioherpeton e Morganucodon, fino ai mammiferi attuali.

(Gatti)

(Cani)

Quoziente di encefalizzazione

Estinto

Mammaliaformi

Mammiferi

Bulbo olfattivo

Neocortex

Cervelletto

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Schemi, disegnie infografiche 3Daccuratamente ideati,scritti e realizzati per spiegarei meccanismi della naturae della ricerca scientifica.

Un testo scorrevole e solidamentestrutturato con citazioni,riquadri e altri supporti esplicativi che permettono una lettura fluida.

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Un’opera rigoro sa rivolta a tutti

IL LINGUAGGIOLe basi neurali della comunicazioneIl linguaggio è onnipresente nella cultura umana, poiché è lega-to a molte capacità correlate alla conoscenza, come il pensiero simbolico, la memoria, la percezione, la coscienza e persino il movimento. Grazie alle scoperte scientifiche più recenti, stiamo comprendendo i complessi rapporti bidirezionali tra le nostre abilità linguistiche e il cervello, e ciò rappresenta un passaggio cruciale nello studio delle basi biologiche del linguaggio. Le nuove applicazioni pratiche della ricerca sul linguaggio in campi come la medicina o l’intelligenza artificiale ci consentono di comprendere profondamente questa affascinante facoltà che ci distingue dagli altri esseri viventi.

LE EMOZIONILa base neurologica del comportamentoL’evoluzione ci ha dotati di due sistemi mentali per affrontarela vita quotidiana: l’intelligenza razionale e le emozioni. Ques-te ultime sono esperienze consapevoli che implicano un’attività cerebrale coordinata in diverse aree encefaliche e che portano con sé una sensazione piacevole o disturbante. Alcune emozio-ni sembrano semplici come i riflessi, mentre altre prevedono un’importante componente culturale e una grande complessità di elaborazione. Capire le emozioni ci può permettere di tradurle in algoritmi, progettare emozioni artificiali e incorporarle in siste-mi tecnologici. Ragione ed emozione saranno, come sono sempre state, due strategie di base per affrontare il futuro.

LE EMOZIONILa base neurologica del comportamentoL’evoluzione ci ha dotati di due sistemi mentali per affrontarela vita quotidiana: l’intelligenza razionale e le emozioni. Ques-te ultime sono esperienze consapevoli che implicano un’attività cerebrale coordinata in diverse aree encefaliche e che portano con sé una sensazione piacevole o disturbante. Alcune emozio-ni sembrano semplici come i riflessi, mentre altre prevedono un’importante componente culturale e una grande complessità di elaborazione. Capire le emozioni ci può permettere di tradurle in algoritmi, progettare emozioni artificiali e incorporarle in siste-mi tecnologici. Ragione ed emozione saranno, come sono sempre state, due strategie di base per affrontare il futuro.

LA MEMORIALe connessioni neuronaliche racchiudono il nostro passatoLa memoria definisce ciò che siamo in una rete di vissuti e ap-prendimenti che si genera tramite le connessioni neuronali. Come noi, anche la memoria è piena di imperfezioni. Tuttavia, straor-dinarie ricerche nei campi delle neuroscienze e della cibernetica sono riuscite a penetrare in profondità nei suoi processi di co-difica e archiviazione dei ricordi. Inoltre, sono in fase di sviluppo tecniche per correggere gli errori, ripristinare i ricordi e riparare i danni derivanti da malattie neurologiche come l’Alzheimer. L’inte-grazione tra la memoria biologica e quella tecnologica potrebbe consentirci di potenziare e ampliare la nostra capacità di memo-ria, e anche di trasferire o modificare i nostri ricordi.

La memoria definisce ciò che siamo in una rete di vissuti e ap-prendimenti che si genera tramite le connessioni neuronali. Come noi, anche la memoria è piena di imperfezioni. Tuttavia, straor-dinarie ricerche nei campi delle neuroscienze e della cibernetica sono riuscite a penetrare in profondità nei suoi processi di co-difica e archiviazione dei ricordi. Inoltre, sono in fase di sviluppo tecniche per correggere gli errori, ripristinare i ricordi e riparare i danni derivanti da malattie neurologiche come l’Alzheimer. L’inte-grazione tra la memoria biologica e quella tecnologica potrebbe consentirci di potenziare e ampliare la nostra capacità di memo-

Il linguaggio è onnipresente nella cultura umana, poiché è lega-to a molte capacità correlate alla conoscenza, come il pensiero simbolico, la memoria, la percezione, la coscienza e persino il movimento. Grazie alle scoperte scientifiche più recenti, stiamo comprendendo i complessi rapporti bidirezionali tra le nostre abilità linguistiche e il cervello, e ciò rappresenta un passaggio cruciale nello studio delle basi biologiche del linguaggio. Le nuove applicazioni pratiche della ricerca sul linguaggio in campi come la medicina o l’intelligenza artificiale ci consentono di comprendere profondamente questa affascinante facoltà che ci distingue dagli

IL CERVELLO Decifrare e potenziare il nostro organopiù complessoIl cervello è l’organo più misterioso dell’universo. Non per nien-te è l’unica parte del corpo umano il cui funzionamento ancora sfugge alla nostra comprensione. I recenti progressi in vari cam-pi, come la biologia molecolare o le tecniche di neuroimaging, ci fanno ritenere, tuttavia, che presto saremo in grado di mapparlo. Conoscere dettagliatamente la sua struttura e i suoi meccanismi ci consentirà di correggerne i difetti e di potenziare le nostre ca-pacità fino a limiti inimmaginabili. Ma, soprattutto, ci fornirà la chiave per decifrare i segreti della mente e raggiungere la pienacomprensione della nostra identità di esseri umani.

IL CERVELLO Decifrare e potenziare il nostro organopiù complessoIl cervello è l’organo più misterioso dell’universo. Non per nien-te è l’unica parte del corpo umano il cui funzionamento ancora sfugge alla nostra comprensione. I recenti progressi in vari cam-pi, come la biologia molecolare o le tecniche di neuroimaging, ci fanno ritenere, tuttavia, che presto saremo in grado di mapparlo. Conoscere dettagliatamente la sua struttura e i suoi meccanismi ci consentirà di correggerne i difetti e di potenziare le nostre ca-pacità fino a limiti inimmaginabili. Ma, soprattutto, ci fornirà la chiave per decifrare i segreti della mente e raggiungere la pienacomprensione della nostra identità di esseri umani.

I primi titolidella collanaUna selezione delle più grandi sfide della scienza e della ricerca scientifica a cui oggi chiediamo le risposte.

LA COSCIENZALa più enigmatica delle funzioni cerebraliLa coscienza è il punto focale delle ricerche neuroscientifiche at-tuali. Ciò è in parte dovuto allo sviluppo di tecnologie che permet-tono, letteralmente, di “vedere” quali parti del cervello si attivano quando compiamo un’azione in modo consapevole. Il meccani-smo da cui nasce questa consapevolezza, tuttavia, continua a es-sere uno dei più grandi misteri della natura. Sappiamo per certo che la coscienza svolge una funzione chiave nella sopravvivenza, dal momento che si può tracciare la sua evoluzione nel regno animale. E siamo addirittura vicini a localizzare dove ha sede nel cervello. Sarà dunque possibile, in un giorno non troppo lontano, spiegare da un punto di vista scientifico la realtà intima e sogget-tiva di ciò che significa essere coscienti?

at-tuali. Ciò è in parte dovuto allo sviluppo di tecnologie che permet-tono, letteralmente, di “vedere” quali parti del cervello si attivano quando compiamo un’azione in modo consapevole. Il meccani-smo da cui nasce questa consapevolezza, tuttavia, continua a es-sere uno dei più grandi misteri della natura. Sappiamo per certo che la coscienza svolge una funzione chiave nella sopravvivenza, dal momento che si può tracciare la sua evoluzione nel regno animale. E siamo addirittura vicini a localizzare dove ha sede nel cervello. Sarà dunque possibile, in un giorno non troppo lontano, spiegare da un punto di vista scientifico la realtà intima e sogget-

LA NEUROSCIENZADELL’APRENDIMENTOLa costruzione del cervellomediante l’esperienza La neuroscienza mostra come potenziare l’apprendimento e la memoria attraverso tecniche e procedimenti basati sui meccani-smi neuronali e sul funzionamento delle reti cerebrali che favo-riscono l’apprendimento. Sono emersi con forza concetti come connettoma, decodificazione cerebrale, protesi di memoria e tra-pianti di apprendimento, che offrono e anticipano la capacità di autoregolare il cervello e di fargli raggiungere il massimo livello di funzionamento. Le capacità cognitive potranno essere rafforzate mediante l’optogenetica, i sistemi di interfaccia neurale, il neuro-feedback e la stimolazione cerebrale chimica, elettrica, magnetica, mediante ultrasuoni o nanoparticelle. L’automodulazione cerebra-le permetterà a ognuno di diventare architetto del proprio cervello.

LA NEUROSCIENZALA NEUROSCIENZADELL’APRENDIMENTOLa costruzione del cervellomediante l’esperienza La neuroscienza mostra come potenziare l’apprendimento e la memoria attraverso tecniche e procedimenti basati sui meccani-smi neuronali e sul funzionamento delle reti cerebrali che favo-riscono l’apprendimento. Sono emersi con forza concetti come connettoma, decodificazione cerebrale, protesi di memoria e tra-pianti di apprendimento, che offrono e anticipano la capacità di autoregolare il cervello e di fargli raggiungere il massimo livello di funzionamento. Le capacità cognitive potranno essere rafforzate mediante l’optogenetica, i sistemi di interfaccia neurale, il neuro-feedback e la stimolazione cerebrale chimica, elettrica, magnetica, mediante ultrasuoni o nanoparticelle. L’automodulazione cerebra-le permetterà a ognuno di diventare architetto del proprio cervello.

LA PLASTICITÀ CEREBRALESiamo architetti del nostro cervello?Il cervello è estremamente dinamico e questa caratteristica per-mette all’organismo di reagire alle sfide ambientali in modo sem-pre più adeguato, sviluppando le proprie capacità e traendo frutto dall’esperienza. Gli elementi fondamentali di questa capacità sono già presenti durante lo sviluppo embrionale, quando la creazione di nuovi neuroni porta al graduale passaggio da cellule indifferen-ziate a elementi nervosi altamente complessi e interconnessi, re-sponsabili di tutte le nostre funzioni superiori. Una parte di questi meccanismi si arresta quando il cervello raggiunge la maturità, mentre altri, come la connessione tra i neuroni, si mantengono attivi durante tutta la vita, per consentire le funzioni di appren-dimento e di memoria. Comprendere approfonditamente questo processo ed essere in grado di intervenire su di esso rappresenta-no una delle sfide più ambiziose del XXI secolo, sia per le evidenti applicazioni nell’ambito della salute sia per la possibilità di am-pliare le normali capacità umane.

LA NATURA DEL SONNOCosa succede nel cervello mentre dormiamo?Nella prima metà del XX secolo, l’elettroencefalogramma ha per-messo per la prima volta di osservare l’intensa attività del cervello durante il sonno, mentre la scoperta della fase REM, nel 1953, ha dato inizio all’analisi di questo stato complesso, durante il quale l’organismo si ripara e il cervello rinforza e riorganizza ciò che ha appreso, immagina scenari futuri e cura le ferite emotive. Le nuove tecnologie hanno consentito di indagare a fondo le caratteristiche più recondite dei meccanismi cerebrali del sonno e presto potremo spiegare con maggiore dettaglio come esso, ogni notte, riesca a ri-parare il corpo e la mente. Grazie a ciò, probabilmente, saremo in grado di utilizzarlo come strumento terapeutico per vivere meglio e più a lungo.

IL CERVELLO CREATIVO La capacità di pensare in un modo diverso dal solito

L’ETÀ DEL CERVELLO Si può frenare l’invecchiamento cerebrale?

INTELLIGENZA ARTIFICIALE La strada verso la superintelligenza

L’EVOLUZIONE DEL CERVELLO L’affascinante storia della nostra mente

IL FUTURO DELL’ ALZHEIMER Vincere l’oblio

LE INTERFACCE CERVELLO-MACCHINA Tecnologia per ampliare le nostre capacità

LA NANOMEDICINA La rivoluzione della medicina su scala molecolare

LA BIONICA Oltrepassare i limiti dell’evoluzione naturale

L’ORIGINE DELLA VITA La comparsa dei primi organismi

IL CODICE GENETICO Il segreto della vita

I GENI E LA LONGEVITÀ Perché invecchiamo e come possiamo evitarlo

LA SPECIE UMANA Le strade per evitare l’estinzione

TECNOLOGIE QUANTISTICHE La scienza che rivoluzionerà le nostre vite

L’ANTIMATERIA Alla ricerca del riflesso occulto della materia

LA NANOTECNOLOGIA Il mondo delle macchine su scala nanometrica

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ALTRI TITOLI